西安工業(yè)大學(xué)金屬的腐蝕與防護(hù)知識點(diǎn)總結(jié)

1、腐蝕的定義（條件的三個關(guān)鍵詞）金屬腐蝕是金屬在周圍介質(zhì) （通常是液體或者氣體） 的作用下， 由于他們之間所產(chǎn)生的化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)、或者物理溶解作用而引起的破壞或者變質(zhì)。 （材料、環(huán)境、界面反應(yīng)）*金屬發(fā)生腐蝕必須有外部介質(zhì)的作用，單純機(jī)械作用引起的金屬磨損顯然不屬于腐蝕 的范疇，同理熔化、蒸發(fā)、斷裂等也不屬于腐蝕。金屬腐蝕的特點(diǎn)：自發(fā)性、普遍性 材料腐蝕（包括非金屬材料） ：材料收環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)和物理溶解作用而產(chǎn)生 的破壞或者變質(zhì)的現(xiàn)象腐蝕的分類：1 根據(jù)腐蝕過程的歷程分類a）化學(xué)腐蝕i. 定義 :金屬在干燥氣體（或高溫氣體）的作用下的腐蝕和金屬在非電解質(zhì)溶液中的腐蝕ii. 歷程特點(diǎn)：

2、金屬表面的原子與氧化劑直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)而形成腐蝕產(chǎn) 物，電子在金屬和氧化劑之間直接傳遞，無腐蝕電流的產(chǎn)生iii. 特點(diǎn)：發(fā)生在不導(dǎo)電、不電離的環(huán)境中、且在同一部發(fā)生b）電化學(xué)腐蝕i. 定義：金屬表面與電解質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞；ii. 特點(diǎn)：該腐蝕反應(yīng)過程中至少有一個陽極反應(yīng)和一個陰極反應(yīng)， 在反應(yīng)過 程中發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，伴有電流產(chǎn)生。iii. 本質(zhì)：是一個短路的原電池， 只能導(dǎo)致金屬材料破壞而不能對外界做功的 短路原電池c）物理溶解腐蝕i. 定義：金屬因單純的物理溶解作用而引起的破壞ii. 舉例：用來盛放熔融鈉的不銹鋼容器可以被液態(tài)鈉溶解而發(fā)生破壞2 根據(jù)腐蝕破壞形式分類a）全面

3、腐蝕i. 定義：指腐蝕發(fā)生在整個金屬表面上，可以使均勻性的 ，也可以是不均 勻性的。ii. 特點(diǎn)：發(fā)生全面腐蝕時(shí)金屬在表面上各個部分的腐蝕速率基本相同。iii. 舉例：碳鋼在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿中發(fā)生的腐蝕；鋼材在大氣中的銹蝕b）局部腐蝕i. 定義：是相對于全面腐蝕而言， 腐蝕主要集中在或局限在金屬的某一特定 部位，而其它部位幾乎未被腐蝕（這也是特點(diǎn)）ii. 常見局部腐蝕： 點(diǎn)腐蝕 、縫隙腐蝕、 電偶腐蝕、 晶間腐蝕、 選擇性腐蝕、 應(yīng)力腐蝕斷裂、腐蝕疲勞及氫脆。 （常見八大局部腐蝕）3 根據(jù)腐蝕環(huán)境分類a）干腐蝕i. 定義：金屬在干燥環(huán)境中的腐蝕ii. 舉例：金屬在干燥氣體中的腐蝕（氧化）b）濕腐蝕i

4、. 定義：金屬在濕的環(huán)境中發(fā)生的腐蝕4 根據(jù)腐蝕的溫度分類a）常溫腐蝕： 在常溫條件下， 金屬與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)引起的破壞b） 高溫腐蝕：是指在高溫（ >100oC）條件下金屬發(fā)生的腐蝕 腐蝕速率的表示方法：1. 失重法和增重法a） 失重法（腐蝕以后重量減少） ：b） 增重法（腐蝕以后重量增加）2單位 ：g、 S:面積 單位： m2,t:腐蝕時(shí)間 單位： hm:質(zhì)量2. 由腐蝕深度來表示腐蝕速率將構(gòu)件的質(zhì)量損失換算成腐蝕深度的公式為：VL:為用腐蝕 深度表示的腐蝕速率 mm/a （ a表示年） v ：表示用質(zhì)量損失表 示的腐蝕速率， g/（m 2 ）, 為金屬密度， g/m

5、3工程上常常以每年密爾數(shù)表示腐蝕速率（ mil/a ）。密爾單位與公制單位的換算 關(guān)系為 ：1mil/a = 0.025mm/a=25 m/a3. 由電流密度來表示腐蝕速率IA =A 為金屬原子量 ，n 為金屬的化合價(jià)， 26.8 為法拉第常數(shù)， A· h 腐蝕原電池的定義：只能導(dǎo)致金屬材料破壞而不能對外界做功的短路原電池 腐蝕原電池和原電池的區(qū)別：相同點(diǎn)1.均有氧化還原反應(yīng)發(fā)生2.均為自發(fā)反應(yīng) 不同點(diǎn)；1.原電池的氧化還原反應(yīng)是分開進(jìn)行的,即陽極氧化 ,陰極還原；而腐蝕電池則是在發(fā)生腐蝕的位置同時(shí)同地進(jìn)行反應(yīng)2.原電池是特殊的異相催化反應(yīng) ,受電極界面雙電層影響較大 3.原電池中物

6、質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)變過程中有電子通過外電路腐蝕電池的產(chǎn)生原因：1.內(nèi)因a)b)c)d)e)外因a)b)成分不均勻 表面狀態(tài)不均勻 組織結(jié)構(gòu)不均勻 應(yīng)力和應(yīng)變不均勻 “亞微觀”不均勻金屬離子濃度氧濃度差異5 化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的區(qū)別：6 腐蝕電池的工作過程：a） 陽極過程（發(fā)生氧化反應(yīng)的過程）i. 金屬變成水合離子轉(zhuǎn)入溶液中， 即發(fā)生金屬的溶解， 同時(shí)在金屬上留下等 量的自由電子b） 電子的流動i. 電子從陽極流向陰極 （在金屬中依靠電子從陽極經(jīng)導(dǎo)線流向陰極， 在電解 質(zhì)溶液中依靠離子的遷移） ，形成回路c）陰極過程（發(fā)生還原反應(yīng)的過程） 溶液中的某些離子、 原子和分子在陰極上發(fā)生還原反應(yīng)， 中和掉從陽

7、極流入的 電子*腐蝕電池的三個過程是相互聯(lián)系的，缺一不可。如果其中一個環(huán)節(jié)停止進(jìn)行，則 整個腐蝕過程也就停止7 腐蝕電池的組成條件：a）電位差b）短路相接c）置于電解液中8 電化學(xué)腐蝕熱力學(xué)：a）熱力學(xué)判據(jù)（判斷腐蝕能否發(fā)生的依據(jù)）i. 材料的氧化還原反應(yīng)的平衡點(diǎn)擊電位比氧化劑反應(yīng)的平衡電極電位低的 時(shí)候，材料的腐蝕會自發(fā)進(jìn)行，否則不會發(fā)生腐蝕b) 雙電層概念i. 在靜電作用下 ,電極相所帶的電荷是集中在電極表面的,而溶液中的帶異號電荷的離子 , 一方面受到電極表面電荷的吸引 ,趨向于排列在緊靠電極表面 附近； 另一方面 ,由于離 子的熱運(yùn)動使這種集中于電極表面附近離子又會 向遠(yuǎn)離電極的方向分

8、散 ,當(dāng)靜電吸引與 熱運(yùn)動分散平衡時(shí) ,在電極與溶液 界面處就形成了一個雙電層 .c) 雙電層作用i. 雙電層是引起電極電位的條件d) 電極電位i. 電極反應(yīng)1. 在金屬與溶液界面上進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)ii. 電極電位1. 電極反應(yīng)導(dǎo)致在金屬和溶液的界面上形成雙電層2. 雙電層兩側(cè)的 電位差， 即為電極電位，又稱 絕對電極電位e) 電極i. 定義：電子導(dǎo)體與離子導(dǎo)體(液、固體電解質(zhì))相互接觸，并有電子在兩 相之間遷移而發(fā)生氧化還原反應(yīng)的體系ii. 分類1. 單電極(也稱之為可逆電極)a) 在電極的相界面上發(fā)生唯一的電極反應(yīng)b) 單電極包括金屬電極、氣體電極和氧化還原電極c) 單電極往往可以實(shí)現(xiàn)電子

9、交換和物質(zhì)交換平衡，也稱可逆電極d) 有平衡電位2. 多重電極a) 可以在一個電極上同時(shí)發(fā)生兩個或兩個以上的電極反應(yīng)b) 一般均不是可逆電極，無平衡電位可言，只能建立非平衡電位f) 平衡電位和標(biāo)準(zhǔn)電極電位i. 當(dāng)金屬浸在同種金屬離子的溶液中發(fā)生唯一的一種電極反應(yīng)， 且金屬的溶 解速率等于金屬離子的沉積速度時(shí)候，將這種電位成為平衡電位ii. 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下， 當(dāng)該金屬離子活度為 1，溫度為 298k，氣體分壓為 100MPa 時(shí)，金屬的平衡電位稱為該金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位9 電位-pH 圖a) 電位 -pH 圖的繪制步驟i. 列出有關(guān)物質(zhì)的各種存在狀態(tài)以及它們的標(biāo)準(zhǔn)生成自由能或標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位 值ii. 列

10、出各種有關(guān)物質(zhì)之間有可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)平衡方程式， 并計(jì)算相應(yīng)的 電位或 pH 表達(dá)式。為與相對電極電位的規(guī)定一致，把電極反應(yīng)咧成氧化 的形式iii. 在電位 -pH 坐標(biāo)圖上畫出各種反應(yīng)對應(yīng)的平衡線， 最后匯總得到綜合的電 位-pH 圖b) PH 圖的應(yīng)用i. 預(yù)測反應(yīng)的自發(fā)方向，熊熱力學(xué)上判斷材料腐蝕的趨勢ii. 估計(jì)腐蝕產(chǎn)物的成分iii. 預(yù)測減緩或防止腐蝕的環(huán)境因素，選擇控制材料腐蝕的途徑c）如何建立 ph 與電位的關(guān)系通過能斯特的計(jì)算通式獲取 ph 與電位關(guān)系10電化學(xué)腐蝕動力學(xué)a） 極化i. 由于電擊傷有凈電流通過，電極電位顯著偏離了未通電時(shí)候的開路電位 （平衡電位或非平衡的穩(wěn)態(tài)電

11、位）的現(xiàn)象ii. 過電位：某一極化電流下發(fā)生的電極電位 E 偏離于原電極平衡電位 Ee 變 化值得絕對值，稱作該電極反應(yīng)的過電位，用 表示iii. 陽極極化：電流通過陽極時(shí)，陽極電位朝正的方向變化的現(xiàn)象iv. 陰極極化：電流通過陰時(shí)，陰電位朝負(fù)方向變化的現(xiàn)象 不論陽極極化或者陰極極化。電極反應(yīng)的過電位都是正值v. 極化對腐蝕速率的影響 :1. 陽極極化和陰極極化都是的腐蝕電池兩極之間的電位差減小， 導(dǎo)致通 過腐蝕電池的電流減弱，降低腐蝕效率vi. 去極化：把能降低電極極化的各種因素成為去極化因素，降低電極極化 就是去極化b） 極化產(chǎn)生的原因i. 陽極極化原因1. 活化極化（電化學(xué)極化） 一般情

12、況下， 陽極金屬離子進(jìn)入溶液的速度小于從陽極流出的速度， 使得 陽極表面負(fù)電荷減少而正電荷積累，電位向正的方向變化，這種由于電化 學(xué)過程進(jìn)行緩慢而引起電位變正的極化成為陽極的電化學(xué)極化。2. 濃差極化金屬離子化后， 首先溶入陽極表面附近的液層中， 然后通過擴(kuò)散進(jìn)入溶液 本體，通常離子向溶液中擴(kuò)散的速度小于電化學(xué)反應(yīng)生成離子的速度，在 陽極表面液層中金屬離子濃積。 這種由于金屬離子的濃度差引起的陽極極 化稱為濃差極化3. 電阻極化 在陽極過程中，由于某種機(jī)制在金屬表面上形成鈍化膜，陽極過程受阻， 使得金屬的溶解速率顯著降低， 此時(shí)陽極電位劇烈地向正的方向移動， 由 此引起的極化稱為電阻極化*可見

13、，陽極極化越大，說明陽極過程中受到阻滯越嚴(yán)重，陽極極化對抑制， 降低腐蝕速率是有利的， 反之消除陽極極化就會促進(jìn)陽極極化過程進(jìn)行， 加速 腐蝕，消除陽極極化的過程，稱之為 陽極化去極化ii. 陰極極化原因1. 陰極電化學(xué)極化通常氧化劑在陰極于電子組合的還原反應(yīng)速度小于電子由陽極流來的速度， 造成電子在陰極積累， 于是電位變負(fù)， 導(dǎo)致陰極表面剩余電子積累， 電子密度升高， 結(jié)果使得陰極電位越來越負(fù)， 產(chǎn)生陰極極化2. 陰極濃度差極化在某些條件下， 溶液中的溶解氧通過擴(kuò)散抵達(dá)陰極的速度小于陰極還原反應(yīng)的速度， 導(dǎo)致陰極電子積累， 電位變負(fù)。 同陰極反應(yīng)產(chǎn)物離開 陰極速度太慢，也會使陰極電位變負(fù)造成

14、陰極的濃差極化*陰極極化表示陰極過程受到阻滯，來自陽極的電子不能及時(shí)被吸收，從 而阻滯金屬腐蝕進(jìn)行。 消除陰極極化的過程叫陰極去極化。 由于陰極去極 化作用，陽極過程可以順利進(jìn)行，可以維持或加速腐蝕過程11極化曲線a) 極化曲線的參數(shù)i. 極化率電極電位隨著電流密度的變化率(極化曲線的斜率)為極化率ii. 過電位b) 極化曲線的應(yīng)用極化率低的曲線趨勢趨于平坦，表示 電極電位隨極化電流密度的變化較小， 即材料的極化性能較弱，電極過程易于進(jìn)行；反之，極化率越高，極化曲線越 陡峭，表明 材料的極化性能越強(qiáng)，電極過程進(jìn)行的阻力越大12簡化極化圖a) 定義： 不考慮電位隨電流的變化細(xì)節(jié)， 可將兩個電極反

15、應(yīng)所對應(yīng)的陰極， 陽極 極化曲線簡化成織金縣花在一張圖上，這種簡化了的圖成為 Evan 腐蝕簡化極 化圖b) 簡化腐蝕極化圖的應(yīng)用i. 用來判斷腐蝕的控制因素ii. 說明金屬的電極電位與腐蝕電流密度的關(guān)系1. 在其他條件完全相同的情況下，初始電位差越大，最大腐蝕電流密度越大2. 若金屬的陽極化較小，當(dāng)陰極反應(yīng)及其極化曲線相同時(shí)候，則腐蝕電 流密度與其平衡電位有直接關(guān)系，金屬的電位越負(fù)，其腐蝕電流密度 越大。iii. 說明極化率與腐蝕電流密度的關(guān)系1. 在腐蝕電池中，如果電阻很小，則極化率對腐蝕電流密度影響很大，在其他條件相同的情況下，極化率越小，腐蝕電流密度越大13氫、氧去極化a) 電化學(xué)腐蝕

16、中除了去極化腐蝕以外還有什么反應(yīng)b) 氫去極化腐蝕i.定義 :溶液中的氫離子作為去極化劑，在陰極上放電，促使金屬陽極溶解過程持續(xù)進(jìn)行而引起的金屬腐蝕，也叫做析氫腐蝕ii. 發(fā)生條件： 只有當(dāng)陽極的金屬電位比較氫電極的平衡電位低的時(shí)候， 才有 可能發(fā)生氫去極化腐蝕iii. 發(fā)生的步驟：1. 水化氫離子遷移、對流、擴(kuò)散并在電極表面脫水2. 氫離子放電產(chǎn)生原子態(tài)氫3. 氫原子成對結(jié)合為氫分子4. 電極表面的氫分子通過擴(kuò)散，聚集成氫氣從表面逸出iv. 影響氫去極化腐蝕的因素1. 陰極材料的性質(zhì)對腐蝕速率的影響很大2. 溶液的流動狀態(tài)對腐蝕的速率的影響較小3. 陰極面積增加，腐蝕速率加快4. 氫離子濃度

17、增高( pH 下降)，溫度升高均會促使氫去極化腐蝕加劇v. 控制氫去極化腐蝕途徑(減少和防止氫去極化腐蝕的途徑)1. 減小或消除金屬中的有害雜質(zhì)，特別是析氫過電位曉得陰極性雜質(zhì)2. 加入析氫過電位打的合金成分3. 加入緩蝕劑4. 降低活性陰離子成分c) 氧的去極化腐蝕i. 定義：在中性和堿性溶液中， 一般金屬腐蝕過程的陰極反應(yīng)不是析氫反應(yīng)； 而是溶解在溶液中養(yǎng)的還原反應(yīng)， 此時(shí)作為腐蝕的去極化劑是楊分子。 氧 在腐蝕電池的陰極上進(jìn)行離子化反應(yīng)的這類腐蝕ii. 發(fā)生條件1. 溶液中必須要有氧的存在， 且腐蝕電池中金屬陽極的電位必須低于該 溶液中德陽的還原反應(yīng)電位iii. 發(fā)生步驟1. 氧穿過空氣

18、 / 溶液界面進(jìn)入溶液2. 氧向電極表面擴(kuò)散，即氧向陰極輸送3. 在陰極表面氧分子發(fā)生還原反應(yīng)iv. 影響因素1. 氧濃度的影響a) 在氧去極化腐蝕的條件下，溶解氧的濃度越高，腐蝕速率越快；b) 但是當(dāng)氧的濃度到達(dá)一定程度后， 所產(chǎn)生的微電流達(dá)到了致鈍電 流而使金屬由活性溶解狀態(tài)轉(zhuǎn)換為鈍化狀態(tài)時(shí)， 腐蝕速率會顯著 降低，此時(shí)氧促進(jìn)了保護(hù)膜的生長，對金屬起到了保護(hù)作用2. 溫度的影響a) 溫度的影響是雙重的，溶液的溫度增加將使氧的擴(kuò)散系數(shù) D 和 電極反應(yīng)速度加快，因而， 在一定范圍內(nèi)，腐蝕速率將隨溫度 的升高而加快； 但是溫度的升高又可能使氧的溶解度下降， 接近 沸點(diǎn)時(shí)，氧的溶解度急劇降低，這樣又會使得腐蝕速率減小3. 溶液中鹽濃度的影響a) 這里的鹽是指那些不具有氧化性或緩蝕作用的鹽。 在鹽溶液濃度 增加時(shí)候， 溶液的電導(dǎo)率將增加， 因而腐蝕速率將有所上升。 但 鹽的濃度進(jìn)一步增加后，氧的溶解度將減小， 因此腐蝕速率將 會減少4. 溶液中流速和攪拌的影響a) 在氧濃度一定的情況下， 極限擴(kuò)散電流密度與擴(kuò)散層厚度成反比， 溶液流速越大， 擴(kuò)散層厚度越小， 氧的極限擴(kuò)散電流密